研究表明：中子星的合并，可以產(chǎn)生夸克-膠子等離子體！

中子星是宇宙中密度最大的天體之一，如果我們半徑為70萬公里的太陽是一顆中子星，那么它的質(zhì)量將被凝聚成半徑約為12公里近乎完美的球體。當(dāng)兩顆中子星碰撞并合并成一顆超大質(zhì)量中子星時，新天體核心中的物質(zhì)變得非常熱和致密。根據(jù)物理計算，這些條件可能導(dǎo)致強(qiáng)子，如中子和質(zhì)子，溶解到它們的夸克和膠子成分中，從而產(chǎn)生夸克-膠子等離子體。

2017年首次發(fā)現(xiàn)合并中子星發(fā)出的引力波信號，該信號不僅提供了有關(guān)引力性質(zhì)的信息，還提供了有關(guān)物質(zhì)在極端條件下的行為信息。然而，當(dāng)這些引力波在2017年首次被發(fā)現(xiàn)時，它們并沒有被記錄到匯合點以外。這就是法蘭克福物理學(xué)家的研究開始的地方，他們模擬了合并中子星和合并的產(chǎn)物，以探索從強(qiáng)子到夸克-膠子等離子體轉(zhuǎn)變的條件，以及這將如何影響相應(yīng)的引力波。

圖示：兩顆合并中子星的計算機(jī)模擬，它與一張來自重離子碰撞的圖像混合在一起，以突出天體物理和核物理的聯(lián)系。

結(jié)果是：在合并的特定后期階段，發(fā)生了到夸克-膠子等離子體的相變，并在引力波信號上留下了明顯的特征信號。歌德大學(xué)盧西亞諾·雷佐拉(Luciano Rezzolla)教授對此深信不疑：與之前的模擬相比，我們在引力波中發(fā)現(xiàn)了一個明顯更清晰的特征。如果這個特征出現(xiàn)在中子星合并中接收到的引力波中，將有一個明確的證據(jù)，證明目前的宇宙中存在夸克-膠子等離子體。

探測到GW170817中子星雙星系統(tǒng)中的引力波，為研究核飽和密度以上物質(zhì)的性質(zhì)打開了一扇新窗口。密度達(dá)到核物質(zhì)的幾倍，溫度高達(dá)100 MeV，這樣的合并也代表著從受限強(qiáng)子物質(zhì)到非禁閉夸克物質(zhì)的相變(PT)潛在地點。雖然在GW170817中缺乏合并后的信號，使得無法對這種情況進(jìn)行實驗評估，但兩項理論研究已經(jīng)探索了中子星雙星系統(tǒng)合并中PTS的合并后引力波特征。

研究通過呈現(xiàn)PT發(fā)生的新特征來擴(kuò)展和完善這幅圖，更具體地說，使用完全廣義相對論流體動力學(xué)模擬，并采用包括PT的適當(dāng)構(gòu)造的狀態(tài)方程，提出了“延遲PT”的出現(xiàn)，即合并后一段時間才發(fā)展起來的PT，并產(chǎn)生具有夸克物質(zhì)核心的亞穩(wěn)天體，即超質(zhì)量混合星。因為在這種情況下，合并后的信號，顯示出兩個截然不同的基本引力波頻率（PT之前和之后）相關(guān)的信號，有望成為迄今為止最強(qiáng)和最干凈的信號之一，也是目前宇宙中產(chǎn)生夸克物質(zhì)的最好信號之一。

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博科園｜研究/來自：美因河畔法蘭克福歌德大學(xué)

研究發(fā)表期刊《物理評論快報》

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